Question

杂交水稻为解决我国粮食问题作出了巨大贡献。水稻籼、粳亚种间杂交稻可能比现有的杂交稻单产提高，但目前面临的问题是两者杂交子代会出现花粉不育的现象。

（1）科研人员研究上述现象的遗传机制时发现，水稻7号染色体上名为qH7的片段与此密切相关。他们用粳稻品种D（qH7片段的遗传组成为DD,花粉100%可育）与籼稻品种M（qH7片段的遗传组成为MM,花粉100%可育）进行杂交，得到水稻品系N（qH7片段的遗传组成为DM）。品系N的表现型为花粉50%可育。品系N自交,子代结果如下表所示：

自交子代遗传组成及数量	DM（236株）	DD（242株）
表现型（可育花粉占比）	50%	100%

实验结果说明品系N产生的含有__________的花粉是不育的。据此推测水稻品系N（♂）与水稻品种D（♀）杂交子代的遗传组成为_________，表现型为____________。

（2）为进一步研究上述花粉不育的机理，科研人员对水稻品系N（DM）的7号染色体qH7片段进行测序和分析，结果如图1所示。

科研人员利用基因工程向水稻品系N（DM）的体细胞中导入基因F，获得转基因杂合植株A。植株A的遗传组成为DMF-（F-表示在qH7区域外含有一个基因工程导入的F基因）。植株A自交，子代结果如图2所示。

①据图2分析，利用基因工程导入的基因F插入到了______染色体上。基因F的功能是__________。

②上述结果说明品系N 的花粉50%不育与基因E^D有关，据图2简述理由______________。

③为确定②的结论是否正确，最佳方案是将E^D基因导入________的愈伤组织中，培育转基因植株。

A. 品种D     B.品种M        C. 品系N        D. 植株A

若转基因植株的表现型为________________，则支持该结论。

（3）物种之间存在__________，从生物进化的角度分析，上述导致杂交水稻部分花粉不育的基因是新物种形成的分子基础。

Answer

M DD 花粉100%可育 非7号 恢复M型花粉的可育性 MMF-的花粉100%可育，而DMF-的花粉只有75%可育，说明花粉不育与D中基因有关，而基因F可以恢复M型花粉育性，因此基因ED导致M型花粉不育 B 花粉100%不育 生殖隔离

【解析】

生殖隔离指由于各方面的原因，不同物种之间在自然条件下不交配，或者即使能交配也不能产生后代或不能产生可育性后代的隔离机制，若隔离发生在受精以前，就称为受精前的生殖隔离。

（1）水稻品系N（qH7片段的遗传组成为DM）。品系N的表现型为花粉50%可育，品系N自交, 自交子代遗传组成没有MM，说明品系N产生的含有M的花粉是不育的。据此推测水稻品系N（♂），产生含有D的花粉和含有M的花粉（不育），水稻品种D（♀），只产生含有D的雌配子，二者杂交子代的遗传组成为DD，表现型为花粉100%可育。

（2）①利用基因工程向水稻品系N（DM）的体细胞中导入基因F，可能有三种情况，第一种导入的基因F在7号染色体与基因D位于一条染色体上，植株A可产生的雌配子为DF和M，可产生的雄配子为DF和M（不育）；第二种导入的基因F在7号染色体与基因D位于一条染色体上，植株A可产生的雌配子为D和MF，可产生的雄配子为D和MF；第三种导入的基因F在非7号染色体上，植株A可产生的雌配子为DF、MF、D-、M-，可产生的雄配子为DF、MF、D-、M-（不育）。根据图2植株A自交后代遗传组成及比例可知应为第三种情况，即利用基因工程导入的基因F插入到了非7号染色体上，基因F的功能是恢复M型花粉的可育性。

②据图2可知，MMF-的花粉100%可育，而DMF-的花粉只有75%可育，说明花粉不育与D中基因有关，而基因F可以恢复M型花粉育性，因此基因ED导致M型花粉不育。③为确定②的结论是否正确，应将ED基因导入品种M的愈伤组织中，培育转基因植株。因为品种M的qH7片段的遗传组成为MM,花粉100%可育，若转基因植株的表现型为花粉100%不育，则支持基因ED导致M型花粉不育的结论。

（3）不同物种之间存在生殖隔离，从生物进化的角度分析，上述导致杂交水稻部分花粉不育的基因是新物种形成的分子基础。